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伺服電機如何選(xuǎn)擇脈衝、模擬量(liàng)、通訊三種(zhǒng)控製方式

發布日期:2021-08-06 08:42:27   來源:行業動態   瀏覽量:

       伺服電機控製方式有(yǒu)脈衝、模擬量(liàng)和通訊這三(sān)種,在不同的應用場景下,我們該如何選擇(zé)伺服電機(jī)的控製方(fāng)式呢?

 

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伺服電機脈衝控製方式(shì)

       在一(yī)些小型單機設備,選用(yòng)脈衝控製實現電機的定位,應該是(shì)最常見的應用方式,這種控(kòng)製方式簡單,易於理解。

       基本的控製思路:脈衝總量確定電機位移,脈衝頻率確定電機速度。選用了脈衝來實現伺服電機的(de)控製(zhì),翻開伺服電機的使用手(shǒu)冊,一般會(huì)有(yǒu)如下這樣的表格:

 

       都(dōu)是脈衝控製,但是實現方式並不一樣:

       第一種(zhǒng),驅動器接收兩(liǎng)路(A、B路)高速脈衝,通過兩(liǎng)路(lù)脈衝的(de)相位差,確定電機的旋轉方向。如上圖中,如果B相(xiàng)比A相快(kuài)90度(dù),為正轉;那麽(me)B相比(bǐ)A相慢90度,則為(wéi)反轉。

       運行時(shí),這(zhè)種控製的兩相脈衝為交替狀,因此我們也叫這樣的控製方式為差分控(kòng)製。具有差分的特點,那也說明了這種控(kòng)製方式,控製脈衝具有更高的抗幹(gàn)擾(rǎo)能力,在一些幹擾較強的應用場景,優先選(xuǎn)用這種方式。但(dàn)是這(zhè)種方式一個電機軸(zhóu)需要占用兩路高速脈(mò)衝端口,對高速脈衝口緊張的情況,比較不適用。

       第二種,驅動器依然接收(shōu)兩路高速脈衝,但是兩(liǎng)路高速脈衝(chōng)並(bìng)不同時存在,一路脈衝處於輸出狀(zhuàng)態時(shí),另一路必須處於無(wú)效狀態。選用這種控製(zhì)方式時,一定要確保在同一時刻隻有一路脈衝的(de)輸出。兩路脈衝,一路輸出為正方向運行,另一路為負方向運行。和上麵的情況一樣,這種方式也是一個電機軸需要占(zhàn)用兩路高速脈衝端(duān)口。

       第三種,隻需要給(gěi)驅動器一路脈衝信號,電機正反向運行由一路方向IO信號確定。這種控製方式控製(zhì)更加(jiā)簡單,高速脈衝口資源占(zhàn)用也最少。在一般的小(xiǎo)型係統中(zhōng),可以優先選用這種方式。

 

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伺服電機模擬量控製方式

       在需要(yào)使用伺服電(diàn)機(jī)實現速度控製的應用場景,我們可以選用模擬量來實現電機的速度控製,模擬(nǐ)量的值決定了電機的運行速度。

       模擬量有兩種方式可以選擇,電壓或電流。

       電(diàn)壓方式(shì):隻需要在控製信號端加入一定大小的電壓即可,在(zài)有些場景甚至使(shǐ)用一(yī)個電位器(qì)即可實現控製,非常的簡單。但選用電壓作為控製信號,在環(huán)境複雜的場景下,電壓容易被幹擾,造成控製不穩定。

       電流方式:需要對應的(de)電流輸出模塊,但電流信號抗幹擾能力強,可以使用在複雜的(de)場景。

 

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伺服電機通信(xìn)控製方式

       采用通信(xìn)方式實現伺服電(diàn)機控製的常見方式有CAN、EtherCAT、Modbus、Profibus。使用通信方式來對電機進(jìn)行控製,是目前一些複雜、大係統應用場景(jǐng)首選的控製方式。在這種方(fāng)式下,係統的大小、電機軸的多少都易於裁剪,沒有複(fù)雜(zá)的控製接線。搭建的係統具有極高的靈活性。

 

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拓展部分

伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩(jǔ)控製:

       轉矩控製方式是通過外部模擬量的輸入或直(zhí)接的地址的賦(fù)值來設定電機軸對(duì)外的輸(shū)出轉矩的大小,具體(tǐ)表現為例如10V對應5Nm的話,當外部模擬量設定為5V時電機軸輸出為(wéi)2.5Nm。如(rú)果電機軸負載(zǎi)低於2.5Nm時電機正轉,外部負載等於2.5Nm時(shí)電機不轉(zhuǎn),大於2.5Nm時電(diàn)機反轉(通常在有重(chóng)力負載情況(kuàng)下產生)。可以通過即時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小,也可通過通訊(xùn)方式改變對應的地址的數值來實現。

       主要應用在對(duì)材質受力有嚴格要(yào)求的纏繞和放卷裝置中,例(lì)如繞線裝置或拉光纖設備,轉矩(jǔ)的設定要根據纏繞的(de)半徑的變化隨時更改以確保(bǎo)材質的受力不會隨著纏繞半徑的(de)變化而改變。

伺服電(diàn)機位置控製:

       位置控製模式一般是通過(guò)外部輸入的脈衝的(de)頻率來(lái)確定轉動速度的大小(xiǎo),通過脈衝的個數(shù)來確定轉動(dòng)的角度,也(yě)有些伺服可(kě)以通過通訊方式直接對(duì)速度和位移進行賦值。由於位(wèi)置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控製,所以一般應用(yòng)於定位(wèi)裝置,數控機床、印刷機械等等。

伺服電(diàn)機速度模式:

       通過模擬量或脈衝(chōng)頻率的輸入都可以進行轉動速度的控製,在有上位控製裝置的外環PID控製時速度模式也(yě)可以(yǐ)進行定(dìng)位,但必須把電機(jī)的位置信號或直接負載的位置信號給上位機反饋以做運(yùn)算用。位置模式也支持直接(jiē)負載外環檢(jiǎn)測位置信號,此時的電機軸端的編碼器隻檢測電機轉速(sù),位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提(tí)供了,這樣的優點在於可(kě)以減少中間傳(chuán)動過程中的(de)誤差,增加(jiā)了整個係統的定位精度。

談談三環:

       伺服(fú)一(yī)般為三個環控製,所謂三環就是3個閉環負反饋PID調(diào)節係統。

       最內(nèi)的PID環就是電流環,此(cǐ)環(huán)完全在伺服驅動器內部進行,通過霍爾(ěr)裝置檢測驅動器給電機的各(gè)相的輸出電流,負反饋給電流的設定進行PID調節,從而達到(dào)輸出電(diàn)流盡量接近等於設定電流,電流環就(jiù)是控製電機轉矩的,所以在(zài)轉矩模式下驅動器的(de)運算最小,動態響應最快。

       第2環是速度環,通過檢測(cè)的電機編碼器的信號(hào)來進行負反(fǎn)饋PID調節,它的(de)環內(nèi)PID輸出直(zhí)接就是電流環的設定,所以速度(dù)環控(kòng)製時就包含了(le)速度環和電流環,換句(jù)話說任何模式都必須使用電流環,電流環(huán)是控製的根本,在速度(dù)和位置控製的同時係統實際也在(zài)進行(háng)電(diàn)流(轉矩)的控製以達到對速度(dù)和位置的相應控製。

       第3環是位置環,它是最外環,可以在驅動器和電機編碼器間構建也可以在外部控製器和電機編碼器或最終負載間構建要(yào)根據實際情況來定。由於位置控製環內部輸出就(jiù)是速度(dù)環的設定,位置控製模式下(xià)係統進行了所有3個環的運算,此時的係統運算量最大,動態響應速度(dù)也最慢。

 

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